Сверхнизкочастотная астрономия (VLF astronomy)

[Змей Петров]

представьте волну в 100000см  в которую вкачали 1Вт, и 10см с той же мощностью. Импульс будет больше у более короткой волны.

Антенна улавливает не импульс, а энергию.

[archetip-z]

а какая рабочая частота для волнового сопротивления пространства? 30кГц или 30ГГц?

Этот вопрос и для меня интересный. Теория 50-х годов прошлого века говорит, что волновое сопротивление пространства на всех частотах одинаково и равно 370 там с чем то ом. Конечно, реально это не так, уже потому что размеры земного шара конечны.
Штырь четвертьволновый из идеального проводника на бесконечной идеально проводящей плоскости - в теории точно описывается, как полуволновой вибратор, т. е. имеющий вторую виртуальную симметричную палку. Но инженеры не любят бесконечностей, поэтому за эталон принят полуволновой вибратор.
 Согласование антенны с пространством - это степень её возможности передать электромагнитную мощность. Грубо говоря мы имеем передатчик 1 квт. Ну к примеру, взяли провод выходной от него и сунули в солевой раствор и определили эту мощность, или резистор мощный включили с сопротивлением, равным волновому передатчика и замерили как он нагрелся. При этом мерим ток анода и сравниваем соотношение мощностей питания и выделения - ну пусть кпд передатчика 90% (условно конечно). А потом взяли этот выходной провод и к антенне прикрутили его - бац, а ток анода упал в 10 раз, значит антенна не согласована. Это может быть по двум причинам, её входное сопротивление отличается от выходного передатчика и вторая - её ВЫХОДНОЕ сопротивление отличается от сопротивления пространства, где она пребывает.
 Если антенна согласована по обоим параметрам, переключения провода от активного резистора к антенне не даст большой разницы в показании анодного амперметра. Вот такая методика существовала в 20-30 годы прошлого века.

[Змей Петров]

Этот вопрос и для меня интересный. Теория 50-х годов прошлого века говорит, что волновое сопротивление пространства на всех частотах одинаково и равно 370 там с чем то ом. Конечно, реально это не так, уже потому что размеры земного шара конечны.

Меня ещё смущает то, что согласованный полуволновой вибратор является чисто активной нагрузкой. Куда девается мощность из фидера, если не вся идет в излучение?

Штырь четвертьволновый из идеального проводника на бесконечной идеально проводящей плоскости - в теории точно описывается, как полуволновой вибратор, т. е. имеющий вторую виртуальную симметричную палку. Но инженеры не любят бесконечностей, поэтому за эталон принят полуволновой вибратор.

Согласен.

 Согласование антенны с пространством - это степень её возможности передать электромагнитную мощность. Грубо говоря мы имеем передатчик 1 квт. Ну к примеру, взяли провод выходной от него и сунули в солевой раствор и определили эту мощность, или резистор мощный включили с сопротивлением, равным волновому передатчика и замерили как он нагрелся. При этом мерим ток анода и сравниваем соотношение мощностей питания и выделения - ну пусть кпд передатчика 90% (условно конечно). А потом взяли этот выходной провод и к антенне прикрутили его - бац, а ток анода упал в 10 раз, значит антенна не согласована.

Если ток анода упал в 10 раз, то и мощность генератора упала в 10 раз.
Если генератор/фидер/антенна согласованы, то вся выходная мощность генератора излучается.
(анодная и выходная мощность это разные вещи)

[FRIM@N]

Антенна улавливает не импульс, а энергию.

Импульс электромагнитной волны смещает электроны в полотне антенны, за счет чего в ней начинает течь ток соответствующей частоты. Чем выше импульс тем большую энергию имеет электромагнитная волна. Ну и соответственно само собой разумеющееся чем выше частота электромагнитной волны тем большую энергию она имеет. С этим наверное уже никто в этой теме спорить не будет.

Меня ещё смущает то, что согласованный полуволновой вибратор является чисто активной нагрузкой. Куда девается мощность из фидера, если не вся идет в излучение?

Встречный вопрос, при каком КСВ?

 

[Самодуров Владимир]

Насколько изучен космос со стороны сверхнизких частот радиодиапазона? Насколько я понимаю, сверхдлинные волны через ионосферу не проходят, поэтому, обнаружить излучение космических объектов в этом диапазоне с Земли невозможно? Существуют ли (существовали ли) какие-либо космически программы на эту тему?

Полным- полно.
Для начала, например, можно почитать:
Capabilities and limitations of long wavelength observations from space


Тут: http://adsabs.harvard.edu/abs/2009NewAR..53....1J - длинноволновая радиоастрономия на Луне - подробно, с чувством, с толком, с расстановкой - по объектам.


http://adsabs.harvard.edu/abs/2003astro.ph.12171O - про космический интерферометрический проект.


Из совсем свеженького по этой теме:
http://adsabs.harvard.edu/abs/2015RAA....15..443Z


Всюду - рыть ссылки и цитирования.


Или, один из проектов:

Space based Ultra long wavelength Radio Observatory (SURO). A low cost space borne low-frequency radio observatory using passive formation flying – opening up the last unexplored frequency regime.
International SKA FORUM 2010, SURO meeting, Assen, NL, June 11, 2010
http://www.astron.nl/iskaf2010

[Змей Петров]

Встречный вопрос, при каком КСВ?

При стремящемся к 1.

[Змей Петров]

Ну и соответственно само собой разумеющееся чем выше частота электромагнитной волны тем большую энергию она имеет. С этим наверное уже никто в этой теме спорить не будет.

Вы не путаете ЭМ-волну с фотонами?

[FRIM@N]

При стремящемся к 1.

Часть энергии передаваемая фидером уходит на потери в диэлектрике. Этот показатель нормируется и с ним можно ознакомится в справочниках.

Вы не путаете ЭМ-волну с фотонами?

ЭМ-волна во многом схожа со светом, свет тоже считается электромагнитным излучением. Сейчас даже загуглил

Электромагнитные волны подразделяется на:

    радиоволны (начиная со сверхдлинных),
    терагерцовое излучение,
    инфракрасное излучение,
    видимый свет,
    ультрафиолетовое излучение,
    рентгеновское излучение и жёсткое (гамма-излучение)

Чем короче длинна волны света тем большую энергию она имеет, с радиоволнами тоже самое.
Скажу сразу, я никогда не претендую на истину. Попробуйте доказать обратное, или найти соответствующий источник информации.

[dims]

У меня длина волны километр. Мощность передатчика 1 вт. Антенна - полуволновой вибратор, всю энергию должна отдать в пространство. Это называется согласованная антенна. Её длина 500 метров.
У меня длина волны - 10 см. Антенна тоже полуволновой вибратор 5 см. Идеально согласована. Мощность тоже 1 вт.

Теперь возьмите по две антенны каждого вида и расположите их на расстоянии X друг от друга. Что будет?

[dims]

Хорошо, я попытаюсь объяснить с другой стороны.

Объясните на примере archetip-z.

Две пары источник+приёмник. Одна пара обменивается волнами длиной километр. Другая пара обменивается волнами длиной 10 см. В каждой паре источники имеют мощность 1 Вт. Расстояния в парах между источником и приёмником одинаковые.

[archetip-z]

Что будет?

Суперпозиция электромагнитных полей называется. Зачем этот вопрос?

[dims]

Суперпозиция электромагнитных полей называется.

Никакой суперпозиции, рассматриваем каждую пару отдельно, приёмник + передатчик.

[библиограф]

C тем,  как ведется расчет напряженности поля можно ознакомиться здесь:
http://www.km.ru/referats/27DD1C20D3A248AC9959606A0AEE75AC
В случае КВ и УКВ предполагается, что антенны имеют размеры, сравнимые с длиной волны.
 Но в случае сверхдлинных радиоволн дела обстоят много хуже; антенны с малой электрической длиной
относительно длины волны имеют очень низкий кпд. Так, для системы "Зевс" эффективность 10-5, на 100 кВт
подводимой мощности в энергию электромагнитных волн переходит лишь 1 вт!
Это и понятно - при рабочей длине волны 3600 км, длина антенны лишь 60 км.
А если иметь в виду, что антенна полностью обратима - эффективности на прием и передачу равны, то дела
обстоят совсем плохо.
Впрочем, на прием можно использовать антенну с магнитным сердечником; несколько тонн феррита или
пермаллоя, размеры антенны тогда составят десятки метров. По-видимому, подобные антенны стоят на лодках,
подробности искать бесполезно - это военная тайна. А вот пример небольшой любительской антенны на ULF
70000 витков на сердечнике из трансформаторной стали.

[archetip-z]

C тем,  как ведется расчет напряженности поля можно ознакомиться здесь:
http://www.km.ru/referats/27DD1C20D3A248AC9959606A0AEE75AC

Кстати, удобненькая шпаргалочка и лаконичная.

[archetip-z]

рассматриваем каждую пару отдельно, приёмник + передатчик.

Давайте ничего пока рассчитывать не будем и цилиндрические интегралы двух диполей тоже пока брать не будем.
Простой пример, вы идёте по открытой степи и вам стало холодно. Вы собрали дровишек и хвороста и решили разжечь костёр - ну не на участке 5 см. конечно, а скажем на участке почвы 50 см. в диаметре. Сидите, греетесь.
А потом решили - а что если я разбросаю этот костёр, каждую ветку и каждый уголёк - 250 метров направо и 250 метров налево?
Ну так и сделали - "костёр" при этом продолжает гореть и выделяет столько же тепла.
А теперь вопрос - у какого костра было уютнее сидеть?.........

Вот и приёмник так же - лучше будет принимать ту мощность, которая плотнее сконцентрирована пространственно. Если, конечно это точечный приёмник.

[Okub62]

Несложно и так догадаться - многокилометровые ЛЭП, передающие огромные мощности, делают ЭМ наводку на очень ограниченном расстоянии.

[archetip-z]

А вот пример небольшой любительской антенны на ULF
70000 витков на сердечнике из трансформаторной стали.
антенна.png

Очень компактненько, молодцы ребята.

[dims]

Давайте ничего пока рассчитывать не будем и цилиндрические интегралы двух диполей тоже пока брать не будем.

Можно не рассчитывать интегралы, а расчёты попроще рассмотреть можно.

Допустим, в абсолютной пустоте есть (изотропный) источник радиоволн мощностью

\[W\]

ватт.

Отдалимся от источника на расстояние

\[R\]

метров. Пусть это расстояние намного больше длины волны.

Вы согласны, что плотность потока энергии от этого источника на данном расстоянии будет составлять

\[\frac{W}{4 \pi R^2}\]

ватт на метр квадратный, вне зависимости от длины волны?

[xd]

Да. Но с оговоркой: в дальней зоне.

[Retired]

Несложно и так догадаться - многокилометровые ЛЭП, передающие огромные мощности, делают ЭМ наводку на очень ограниченном расстоянии.

Разумеется так, поскольку ЛЭП нагружена на согласованную нагрузку (равенство комплексно-сопряженных импедансов) по критерию максимальной передачи полезной мощности - ТОЭ